波形發(fā)生器課程設(shè)計

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計題目:專業(yè):學(xué)號:r>r1 f n 1 i名:用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的波形發(fā)生器10自動化（2）201010320220完成日期:指導(dǎo)教師:2013-6-28單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計任務(wù)書班級： 姓名：指導(dǎo)老師：張玲 2013年6月28 h設(shè)計題目：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的波形發(fā)生器設(shè)計任務(wù)1. 以單片機(jī)為主控制器設(shè)計一波形發(fā)生器，通過示波器觀察所得的信號 波形。2. 通過功能選擇，可輸出方波、正弦波和三角波。設(shè) 計 要 求1. 調(diào)研、查找并收集資料。2. 總體設(shè)計。3. 硬件設(shè)計:：用a4紙畫出硬件的接線圖。4. 軟件設(shè)計：畫流程圖及編寫程序。5. 撰寫設(shè)計說明書（字?jǐn)?shù)約2500字

2、左右）。6. 參考資料目錄參 考 資 料單片機(jī)原理及接口技術(shù) 胡漢才 清華大學(xué)出版社單片機(jī)中級教程 張俊謨北航出版社單片機(jī)原理及接口技術(shù)李全利 高等教育出版社教研室主任簽字:年 月目錄1引言42概述52.1方案論證5方案一5方案二5方案三53主要芯片介紹63. 1高精度可編程波形發(fā)生器ad9833小文資料63. 1. 1 ad983363.1.2 ad9833的結(jié)構(gòu)及功能64 軟件程序94.1程序流程圖94.2程序95調(diào)試與實(shí)物展示135.1結(jié)果分析135.2實(shí)物圖16附錄：總體電路圖171引言信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信 號、函數(shù)（波形）信號、脈沖信號

3、和隨機(jī)信號發(fā)牛器等四大類。信號發(fā)生器乂稱信號 源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角 函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正 弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。正弦信號是頻率成分最為單一的一種信號，因這種信號的波形是數(shù)學(xué)上的正弦 曲線而得名。任何復(fù)雜信號一一例如音樂信號，都可以通過傅里葉變換分解為許多頻 率不同、幅度不等的正弦信號的迭加。方波信號是指電路系統(tǒng)中信號的質(zhì)量，如果在要求的時間內(nèi)，信號能不失真地從 源端傳送到接收端，我們就稱該信號是方波信號。信號具有良好的方波信號是指當(dāng)在 需要的時候，具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值。

4、差的方波信號不是由某一單一因素導(dǎo) 致的，而是板級設(shè)計中多種因素共同引起的。主要的方波信號問題包括反射、振蕩、 地彈、串?dāng)_等階梯波發(fā)生器產(chǎn)生的階梯信號,在無線電遙測，調(diào)頻信號磁帶記錄以及數(shù)字電壓 表屮較為有用，有時作為比較基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生階梯波的方法也較多。實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生器的方法有很多種，通過模擬電路的脈沖信號發(fā)生電路配合枳分 微分電路可以產(chǎn)牛正弦，三角波，方波信號，而目前市面上有很多集成好的信號發(fā)牛 器芯片，例如ad9850. ad9833等芯片，能通過單片機(jī)等控制器產(chǎn)生頻率可變的很穩(wěn) 定和精度很高的基礎(chǔ)信號，本設(shè)計采用at89s52控制集成芯片ad9833產(chǎn)生正弦波， 三角波和方波信號，通過加法器

5、處理方波信號實(shí)現(xiàn)方波到階梯波的轉(zhuǎn)變，并利用第二 課堂的資源制作成實(shí)物，將實(shí)驗產(chǎn)生的波形通過數(shù)字示波器測試出來。2概述該系統(tǒng)是通過51單片機(jī)控制集成的dds波形發(fā)生器產(chǎn)生三角波，正弦波，方波 的電路設(shè)計，經(jīng)過測試系統(tǒng)能產(chǎn)牛精確度為0. 1hz的上述波形，頻率范圍可通過控制 器使頻率在1hz飛mhz的穩(wěn)定的波形范圍內(nèi)。該設(shè)計通過了硬件調(diào)試，設(shè)計論文中的 波形圖像都來自于數(shù)字示波器的usb flash devide端口。2.1方案論證方案一：通過da0832 8位精度的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換芯片，使用這塊集成芯片優(yōu)點(diǎn) 有芯片價格低廉，接口簡單，軟件編寫簡單，但不足之處是芯片產(chǎn)生的合成信號轉(zhuǎn)換 速度低，產(chǎn)生信

6、號的頻率范圍很有限方案二：釆用純數(shù)字模擬技術(shù)，用ne555史密斯觸發(fā)器產(chǎn)生方波信號，以方波 為基波通過模擬電路組成的積分微分電路再生成其他波形，通過手動調(diào)節(jié)電阻 從而控制波形頻率，其結(jié)構(gòu)圖如圖1圖1該方案的優(yōu)點(diǎn)在于成本很低很低，并且可以免去程序的編制，不需要微處理器 的知識，能很好的鞏固硬件知識。但有利必有弊，其缺點(diǎn)在于過多的硬件器件使系統(tǒng) 穩(wěn)定性大幅度下降，沒有軟件輔助波形設(shè)定麻煩，波形不穩(wěn)定，最主要的是純模擬電 路調(diào)試很麻煩。方案三：釆用集成芯片dds波形發(fā)生器，該系列芯片優(yōu)點(diǎn)突出，其屮ad9833是adi 公司生產(chǎn)的一款低功耗，可編程波形發(fā)生器，能夠產(chǎn)生正弦波、三角波、方波輸出。其 特點(diǎn)

7、是頻率和相位可通過改變內(nèi)部寄存器來編程，通過主控制器選擇波形，頻率。三 線的spi接口使得線路簡單，軟件編寫簡單，輸岀頻率有所提高，其缺點(diǎn)是輸出雜散 大。根據(jù)上面的優(yōu)缺點(diǎn)比較綜合論證，本設(shè)計采用方案三。3主要芯片介紹3. 1高精度可編程波形發(fā)生器ad9833中文資料3.1.1 ad9833ad9833是adt公司生產(chǎn)的一款低功耗，可編程波形發(fā)生器，能夠產(chǎn)生正弦波、三 角波、方波輸出。波形發(fā)牛器廣泛應(yīng)用于各種測量、激勵和時域響應(yīng)領(lǐng)域,ad9833無 需外接元件,輸岀頻率和相位都可通過軟件編程，易于調(diào)節(jié),頻率寄存器是28位的，主 頻時鐘為25mhz時,精度為0. 1hz,主頻時鐘為1mhz時,精度

8、可以達(dá)到0. 004hz?？梢?通過3個串行接口將數(shù)據(jù)寫入ad9833,這3個串口的最高工作頻率可以達(dá)到40milz,易 于與dsp和各種主流微控制器兼容。ad9833的工作電壓范圍為2. 3v-5. 5v。3.1.2 ad9833的結(jié)構(gòu)及功能電路結(jié)構(gòu)ad9833 是一塊完全集成的 dds (direct digital frequency synthesis)電路, 僅需要1個外部參考時鐘、1個低精度電阻器和一個解耦電容器就能產(chǎn)牛高達(dá)12. 5mhz 的正弦波。除了產(chǎn)生射頻信號外，該電路還廣泛應(yīng)外于各種調(diào)制解調(diào)方案。這些方案全都用在數(shù)字領(lǐng)域，采用dsp技術(shù)能夠把復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)算法簡化,而且很

9、精確。ad9833的內(nèi)部電路主要有數(shù)控振蕩器(nco)、頻率和相位調(diào)節(jié)器、sine rom、數(shù) 模轉(zhuǎn)換器(dac)、電壓調(diào)整器，其功能框圖如圖2所示。圖2ad933的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器組成，每來1個時鐘, 相位寄存器以步長增加，相位寄存器的輸岀與和位控制字相加后輸入到正弦查詢表地 址中。止弦查詢表包含1個周期止弦波的數(shù)字幅度信息，每個地址對應(yīng)止弦波中0° 360°范圍內(nèi)的1個相位點(diǎn)。查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度的數(shù)字 量信號，去dac輸出模擬量，相位寄存器每經(jīng)過228/m個mclk時鐘后回到初始狀態(tài)，相 應(yīng)地正弦查詢表經(jīng)過一個循環(huán)

10、回到初始位置,這樣就輸出了一個正弦波。輸出正弦波 頻率為：fout=m (fmclk/228)(1)其中,m為頻率控制字，由外部編程給定，其范圍為0wmw2281。vdd引腳為ad9833的模擬部分和數(shù)字部分供電，供電電壓為2. 3v-5. 5v。ad9833 內(nèi)部數(shù)字電路工作電壓為2. 5v,其板上的電壓調(diào)節(jié)器可以從vdd產(chǎn)生2. 5v穩(wěn)定電壓,注意：若vdd小于等于2. 7v,引腳cap/2. 5v應(yīng)直接連接至vdd。功能描述ad9833有3根串行接口線，與spi、qspi、mi-crowire和dsp接口標(biāo)準(zhǔn)兼容, 在串口吋鐘sclk的作用下，數(shù)據(jù)是以16位的方式加載到設(shè)備上，吋序圖如圖

11、3所 示,fsync引腳是使能引腳，電平觸發(fā)方式,低電平有效。進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸時,fsync 引腳必須置低，要注意fsync有效到sclk下降沿的建立時間t7的最小值。fsync置低 后，在16個sclk的下降沿數(shù)據(jù)被送到ad9833的輸入移位寄存器，在第16個sclk的 下降沿fsync可以被置高，但要注意在sclk下降沿到fsync上升沿的數(shù)據(jù)保持時間ts 的最小和最大值。當(dāng)然，也可以在fsync為低電平的時候,連續(xù)加載多個16位數(shù)據(jù)，僅 在最后一個數(shù)據(jù)的第16個sclk的下降沿的時將fsync置高，最后要注意的是,寫數(shù)據(jù) 時sclk時鐘為高低電平脈沖，但是，在fsync剛開始變?yōu)榈蜁r，（

12、即將開始寫數(shù)據(jù) 時），sclk必須為高電平（注意til這個參數(shù)）。當(dāng)ad9833初始化時，為了避免dac產(chǎn)牛虛假輸出，reset必須置為1 （reset不會 復(fù)位頻率、相位和控制寄存器），直到配置完畢，需要輸岀時才將reset置為0;reset 為0后的8-9個mclk時鐘周期可在dac的輸出端觀察到波形。ad9833寫入數(shù)據(jù)到輸出端得到響應(yīng)，中i'可有一定的響應(yīng)時i'可，每次給頻率或相位寄存器加載新 的數(shù)據(jù)，都會有7-8個mclk時蝕周期的延時之后，輸出端的波形才會產(chǎn)生改變，有1個mclk時 鐘周期的不確定性，因為數(shù)據(jù)加載到目的寄存器時,mclk的上升沿位置不確定。3. 2

13、89s52 介紹at89s52是一種低功耗、高性能cmos 8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程 flash存儲器。使用atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn) 品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程 器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash,使得at89s52在眾多 嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)屮得到廣泛應(yīng)用。4軟件程序4.1程序流程圖圖6示出了 ad9833的軟件流程。無論是寫控制寄存器、頻率寄存器還是相位寄存器、在寫數(shù)據(jù)之前都需要把選通 信號置為有效狀態(tài)，這樣寫入的數(shù)據(jù)才會有效，否則無效。在dsp發(fā)送完1個數(shù)據(jù)字后 將

14、產(chǎn)生sp1中斷請求，本設(shè)計中未使用中斷方式，而且通過查詢中斷標(biāo)志來跳出，并虛 讀dsp的接收緩沖器清除中斷標(biāo)志。圖34.2程序include <reg52.h>irinclude <intrins. h>define b1tb 0x0800sbit fsync = pl"4;sbit sclk = p5;sbit sdata = pl"6;define dds sclk up sclk=l#define dds_sclk_d0wn sclk二0define dds sdata up sdata=l#define dds sdata down sdat

15、a=0define dds_fsync_up fsync=l define ddsj;sync_down fsync二0unsigned int config data8;void delay2us(unsigned char i) while (i):void wri ledds2byte(unsigned int config)unsigned char i;dds sclk down;_nop_();dds fsync up;_nop_ ();dds sclk up; delay2us(l);dds fsync down;_nop_();for (i二0; i<16; i+) if

16、 (config & 0x8000) dds_sdata_up;else dds sdata down; delay2us(l);dds sclk down: dclay2us (1);dds sclk .up;con fig «= 1:dds_fsync_up;_nop_ ();dds sclk down; delay2us(100);/波形發(fā)生函數(shù)入口參數(shù):頻率:freq (<=12000000)/形狀:0 (正弦波)，1 (三和波)，2 (方波)/默認(rèn):fmclk=25mhz, 0相移,方波不分頻.void wavcgencralc(unsigned long f

17、req,unsigncd char shape) unsigned long temp;unsigned char k;if(freq>12000000) freq=l2000000;switch(shape)case 0: config_data0=0x2108;config data7=0x2008;break;case 1: config_data0=0x210a;config data7=0x200a;break;case 2: config data0-0x2128;confi g_data7=0x2028;break;default:config data0=0x2108;c

18、onfig data7=0x2008;temp=freq*13. 4217728;/1emp=freq*(ox10000000/25000000);config datal=temp&0x3fff;config data3=config datal:config_data 2 = (tcmp&oxofffcooo) »14;config data4=config data2;config datal=config datal 0x4000;config data2=config data2|0x4000;configdata3=configdata3 0x8000;c

19、onfig data4=confi g data4 0x8000;config data5=0xc000;config data6=0xe000;for(k=0;k<8;k+)writcdds2byte(config datak);/* for (;) wr i tedds2byte(oxcooo);for (k=200;k;k-)；writedds2byte(oxcooo 2047);for (k=200;k;k-一);*/char shape)void dds 2fsk(unsigned long freql, unsigned long freq2, unsignedunsigne

20、d long temp;unsigned char k;if (freql>12000000) freql=12000000;if (freq2>12000000) freq2=l2000000;switch(shape)case 0: config_data0=0x2108;config data7=0x2008;break;case 1: config data0=0x210a;config data7=0x200a; break;case 2: config_data0=0x2128;confi g_data7=0x2028; break;default:config dat

21、a0=0x2108;config data7=0x2008; temp=freql*13. 4217728;/lemp=freq*(ox 10000000/20000000);config datal=temp&0x3fff;config data2 = (temp&oxofffcooo)»14;temp=freq2*13. 4217728;conf ig_data3=temp&0x3fff;config_data4=(temp&oxofffcooo)>>14;0x4000;config datal=config datalconfig d

22、ata2=config data210x4000;config_data3=config_data3 0x8000;confi g_data4=config_data4 0x8000;config data5=0xc000;config data二oxeooo;for (k=0;k<8;k+)wr i t edds2by t e(con f i g_ da t ak);while (1) for (k=200; k; k);writedds2byte(config data7 | bttb);for (k=200; k; k一一)；wri tedds2byte (conf ig_data7 & cbitb); void key (void)辻(p3"2=0)i二i+1000;if(p3"3=0)i=i-1000;if(p3'4=0)j+；if (j=4)j=l;if(p35=0)辻(j=0)j=3;void main()whilc(l)key();dds 2fsk(3000, 1000, 0);5調(diào)試與實(shí)物展